Bagaimana 5G Release 16 Akan Merevolusi Akurasi Lokasi

3GPP Release 16 menjanjikan layanan lokasi presisi tinggi yang lebih murah dan andal dengan memanfaatkan karakteristik sinyal baru dan mengintegrasikan teknologi non-seluler yang beragam, membuka pintu untuk posisi hibrid.

Saat kita mengetuk koordinat GPS di ponsel, kita mendapatkan estimasi statistik. Nilai itu mewakili probabilitas—seringkali 50%—bahwa perangkat berada dalam radius tertentu, seperti 1 meter, dari posisi yang dilaporkan. Seberapa banyak kepercayaan yang kita berikan pada angka itu tergantung pada bagaimana data dasar dihasilkan dan diverifikasi.

Sistem Navigasi Satelit Global (GNSS)

GNSS telah lama menjadi standar emas untuk posisi yang akurat, tetapi kebutuhan yang tumbuh untuk aplikasi presisi tinggi yang kritis keselamatan memerlukan metrik kepercayaan yang kuat dan opsi cadangan saat sinyal satelit gagal.

Modem seluler sudah menyediakan posisi kasar dengan triangulasi sinyal seluler. Produsen terkemuka, seperti u-blox, telah menawarkan modul hibrid yang menggabungkan GNSS dengan data seluler untuk memperluas cakupan dan keandalan.

Posisi 5G—aspek yang sering diabaikan dari ekosistem 5G—sedang distandardisasi oleh 3GPP yang didorong industri. Organisasi ini, yang menyatukan tujuh badan teknis dan ratusan anggota korporasi, mengarah posisi 5G menuju kebutuhan berbagai vertikal.

Sebuah Penglihatan Singkat ke Belakang

Posisi telah menjadi bagian integral dari jaringan seluler sejak awal, awalnya digunakan untuk merutekan panggilan ke stasiun basis yang benar. Permintaan regulasi untuk layanan darurat pada 1999 dan Uni Eropa pada 2002 mempercepat evolusi layanan lokasi seluler, progresi yang 3GPP terus sempurnakan.

Infrastruktur 4G LTE saat ini menawarkan serangkaian metode lokasi—cell-ID, enhanced cell-ID, TDOA, dan lainnya—setiap dengan akurasi dan cakupan yang berbeda. Tabel pendamping (lihat Gambar 1) meringkas teknik-teknik ini.

Tabel 1. Layanan Lokasi 4G LTE Utama

Kasus Penggunaan dan Permintaan Baru

Di luar mandat regulasi, sekelompok yang tumbuh dari pembuat perangkat keras, agensi angkasa, dan operator menuntut presisi sub-meter untuk mengaktifkan layanan generasi berikutnya. Aplikasi berkisar dari kendaraan otonom dan UAV hingga kota cerdas, wearable, dan AR.

5G menjanjikan campuran posisi absolut dan relatif, masing-masing disertai dengan tingkat kepercayaan yang diukur. Indikator kinerja kunci—akurasi horizontal/vertikal, akurasi relatif, waktu-ke-pertama-fix, presisi kecepatan, konsumsi daya, latensi, dan keamanan—masih sedang disempurnakan dalam Release 16.

Gambar 1 mengilustrasikan target akurasi yang ketat untuk tiga vertikal—misi UAV, pelacakan IIoT, dan navigasi kendaraan otonom—berdasarkan 3GPP TR 22.872 dan studi terkait.

Gambar 1. Persyaratan untuk kasus penggunaan posisi 5G yang muncul di tiga vertikal yang dipilih.

Bagaimana Generasi Penerima GNSS Baru Mengubah Posisi

Penerima GNSS modern kini memanfaatkan beberapa konstelasi—GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou—dan, dalam banyak kasus, sistem augmentasi regional. Perangkat multi-konstelasi, multi-band (misalnya, u-blox F9) dapat mendapatkan lebih banyak satelit, bahkan di kanion perkotaan, meningkatkan baik akurasi maupun waktu-ke-fix.

Penerima dual-band mengurangi penundaan ionosfer dengan memanfaatkan keragaman frekuensi, mengurangi rata-rata kesalahan dari ~2,5 m ke bawah 1 m di kondisi langit terbuka. Layanan koreksi komersial, termasuk diferensial dan RTK, mendorong akurasi lebih jauh ke tingkat sentimeter.

Skema koreksi berbasis siaran yang baru muncul bertujuan untuk menyampaikan data presisi tinggi di seluruh wilayah melalui Internet atau satelit, mengurangi biaya sambil mempertahankan akurasi.

GNSS masih mengalami kesulitan di dalam ruangan dan dalam terowongan dan menderita penundaan cold-start beberapa detik. Assisted GNSS (A-GNSS) dan sistem navigasi inersial (INS) dapat menutupi kesenjangan ini, terutama dalam konteks otomotif.

Bagaimana 5G Akan Membawa Peningkatan Baru ke Posisi Berbasis Seluler

5G New Radio, yang didefinisikan dalam 3GPP Release 15, sudah meluncur dalam konfigurasi non-standalone dan standalone di seluruh dunia. Meskipun penerapan komersial 5G pertama dimulai pada 2019, standar posisi presisi tinggi akan diperkenalkan dalam Release 16, direncanakan akhir 2019 dengan penerapan 2020.

Operator melihat 5G sebagai penggerak pendapatan di tiga skenario inti: eMBB (enhanced mobile broadband), uRLLC (ultra-reliable low-latency communications), dan mMTC (massive machine-type communications). Setiap skenario memerlukan akurasi yang lebih ketat, latensi yang lebih rendah, dan keandalan yang lebih tinggi.

• eMBB: frekuensi lebih tinggi dan bandwidth yang lebih besar memberikan data yang lebih cepat.
• uRLLC: krusial untuk kendaraan otonom dan aplikasi V2X.
• mMTC: mendukung ekosistem IoT yang tumbuh.

Posisi seluler akan memanfaatkan sinyal uplink dan downlink, enhanced cell-ID, TDOA, dan potensi teknik sidelink perangkat-ke-perangkat. Bandwidth yang lebih luas 5G, terutama di band mmWave di atas 24 GHz, mempertajam resolusi waktu dan mengurangi interferensi multipath.

Penerapan frekuensi yang lebih tinggi mengarah pada jaringan stasiun basis yang lebih padat dan array antena canggih dengan beamforming, meningkatkan pengukuran penundaan, angle-of-arrival, dan angle-of-departure. Dalam beberapa kasus, satu stasiun basis mungkin sudah cukup untuk lokalisasi yang akurat.

Posisi Presisi Tinggi yang Ubiquitous Akan Memerlukan Pendekatan Hibrid

Tidak ada satu teknologi yang dapat menjamin akurasi yang ketat yang diperlukan di semua lingkungan. GNSS unggul di luar ruangan tetapi gagal di dalam ruangan; 5G bersinar baik di dalam maupun di luar ruangan. Solusi hibrid yang menggabungkan GNSS, seluler, Wi-Fi, Bluetooth, beacon daratan, dan data inersial menyediakan redundansi dan integritas yang diperlukan untuk posisi yang memiliki kepercayaan tinggi.